מהו העיקרון של מעגל ההנעה של MOSFET בעל הספק גבוה?

אותו MOSFET בעל הספק גבוה, השימוש במעגלי הנעה שונים יקבל מאפייני מיתוג שונים. השימוש בביצועים טובים של מעגל ההנעה יכול לגרום להתקן מיתוג הכוח לעבוד במצב מיתוג אידיאלי יחסית, תוך קיצור זמן המיתוג, הפחתת הפסדי מיתוג, התקנת יעילות הפעולה, האמינות והבטיחות הם בעלי משמעות רבה. לכן, היתרונות והחסרונות של מעגל הכונן משפיעים ישירות על הביצועים של המעגל הראשי, הרציונליזציה של עיצוב מעגל הכונן חשובה יותר ויותר. תיריסטור גודל קטן, קל משקל, יעילות גבוהה, חיים ארוכים, קל לשימוש, יכול בקלות לעצור את המיישר והמהפך, ואינו יכול לשנות את מבנה המעגל בהנחה של שינוי גודל המיישר או זרם המהפך. IGBT הוא מורכב מכשיר שלMOSFETו-GTR, בעל המאפיינים של מהירות מיתוג מהירה, יציבות תרמית טובה, כוח נהיגה קטן ומעגל הנעה פשוט, ויש לו את היתרונות של ירידת מתח קטנה במצב במצב, מתח עמידה גבוה וזרם קבלה גבוה. IGBT כהתקן פלט כוח מיינסטרים, במיוחד במקומות בעלי הספק גבוה, היה נפוץ בקטגוריות שונות.

מעגל ההנעה האידיאלי עבור התקני מיתוג MOSFET בעלי הספק גבוה צריך לעמוד בדרישות הבאות:

(1) כאשר צינור מיתוג הכוח מופעל, מעגל ההנעה יכול לספק זרם בסיס העולה במהירות, כך שיש מספיק כוח נהיגה כאשר הוא מופעל, ובכך להפחית את אובדן ההפעלה.

(2) במהלך הולכה של צינור המיתוג, זרם הבסיס המסופק על ידי מעגל הדרייבר של MOSFET יכול להבטיח שצינור החשמל נמצא במצב הולכה רווי בכל מצב עומס, מה שמבטיח אובדן הולכה נמוך יחסית. על מנת להפחית את זמן האחסון, המכשיר צריך להיות במצב רוויה קריטי לפני הכיבוי.

(3) כיבוי, מעגל הכונן צריך לספק כונן בסיס הפוך מספיק כדי למשוך במהירות את הספקים הנותרים באזור הבסיס כדי להפחית את זמן האחסון; ולהוסיף מתח ניתוק הטיה הפוכה, כך שזרם הקולט יורד במהירות כדי להפחית את זמן הנחיתה. כמובן, הכיבוי של התיריסטור הוא עדיין בעיקר על ידי ירידת מתח האנודה ההפוכה כדי להשלים את הכיבוי.

נכון לעכשיו, התיריסטור מניע עם מספר דומה של רק דרך הבידוד של השנאי או המצמד האופטו כדי להפריד בין קצה המתח הנמוך לקצה המתח הגבוה, ולאחר מכן דרך מעגל ההמרה כדי להניע את הולכת התיריסטור. על IGBT לשימוש הנוכחי של מודול כונן IGBT יותר, אלא גם IGBT משולב, תחזוקה עצמית של המערכת, אבחון עצמי ומודולים פונקציונליים אחרים של IPM.

במאמר זה, עבור התיריסטור שאנו משתמשים בו, תכנן מעגל הנעה ניסיוני, והפסק את המבחן האמיתי כדי להוכיח שהוא יכול להניע את התיריסטור. באשר לכונן של IGBT, מאמר זה מציג בעיקר את הסוגים העיקריים הנוכחיים של כונן IGBT, כמו גם את מעגל ההנעה המקביל שלהם, ואת כונן הבידוד האופטו-מצמיד הנפוץ ביותר לעצירת ניסוי הסימולציה.

2. חקר מעגל כונן תיריסטור באופן כללי תנאי הפעולה של התיריסטור הם:

(1) התיריסטור מקבל את מתח האנודה ההפוכה, ללא קשר לשער מקבל איזה סוג של מתח, התיריסטור במצב כבוי.

(2) תיריסטור מקבל מתח אנודה קדימה, רק במקרה של השער מקבל מתח חיובי התיריסטור פועל.

(3) תיריסטור במצב הולכה, רק מתח אנודה חיובי מסוים, ללא קשר למתח השער, התיריסטור התעקש על הולכה, כלומר לאחר הולכת התיריסטור, השער אובד. (4) תיריסטור במצב הולכה, כאשר מתח המעגל הראשי (או הזרם) מופחת לכמעט אפס, כיבוי התיריסטור. אנו בוחרים שהתיריסטור הוא TYN1025, מתח העמידות שלו הוא 600V עד 1000V, זרם עד 25A. זה דורש שמתח כונן השער הוא 10V עד 20V, זרם הכונן הוא 4mA עד 40mA. וזרם התחזוקה שלו הוא 50mA, זרם המנוע הוא 90mA. משרעת אות ההפעלה של DSP או CPLD ארוכה כמו 5V. קודם כל, כל עוד המשרעת של 5V לתוך 24V, ולאחר מכן דרך שנאי בידוד 2:1 להמיר את אות ההדק 24V לאות טריגר של 12V, תוך השלמת הפונקציה של בידוד המתח העליון והתחתון.

תכנון וניתוח מעגלים ניסויים

קודם כל, מעגל הבוסט, עקב מעגל שנאי הבידוד בשלב האחורי של ה-MOSFETהמכשיר זקוק לאות טריגר של 15V, כך שהצורך להפעיל תחילה את אות ההדק של 5V לאות טריגר של 15V, דרך אות הדק MC14504 5V, המרה לאות 15V, ולאחר מכן דרך ה-CD4050 על היציאה של עיצוב האות של כונן 15V, ערוץ 2 מחובר לאות הכניסה של 5V, ערוץ 1 מחובר למוצא ערוץ 2 מחובר לאות הכניסה של 5V, ערוץ 1 מחובר ליציאה של אות ההדק של 15V.

החלק השני הוא מעגל שנאי הבידוד, הפונקציה העיקרית של המעגל היא: אות ההדק של 15V, המומר לאות טריגר 12V כדי להפעיל את החלק האחורי של הולכת התיריסטור, ולבצע את אות ההדק של 15V והמרחק בין הגב שָׁלָב.

עקרון העבודה של המעגל הוא: בשל הMOSFETמתח כונן IRF640 של 15V, אז, קודם כל, ב-J1 גישה לאות גל מרובע של 15V, דרך הנגד R4 המחובר לווסת 1N4746, כך שמתח ההדק יהיה יציב, אבל גם כדי לגרום למתח ההדק לא גבוה מדי , שרף MOSFET, ולאחר מכן ל-MOSFET IRF640 (למעשה, זהו צינור מיתוג, השליטה בקצה האחורי של פתיחה וסגירה של הקצה האחורי של ההדלקה והכיבוי), לאחר שליטה במחזור העבודה של אות ההנעה, כדי להיות מסוגל לשלוט בזמן ההדלקה והכיבוי של ה-MOSFET. כאשר ה-MOSFET פתוח, שווה ערך להארקה בקוטב ה-D שלו, כבוי כשהוא פתוח, לאחר המעגל האחורי שווה ערך ל-24 V. והשנאי עובר את שינוי המתח כדי ליצור את הקצה הימני של אות המוצא של 12V . הקצה הימני של השנאי מחובר לגשר מיישר, ואז אות 12V יוצא מהמחבר X1.

בעיות שנתקלו במהלך הניסוי

קודם כל, כאשר הכוח הופעל, הפתיל נפץ לפתע, ובהמשך בעת בדיקת המעגל, נמצא שיש בעיה בתכנון המעגל הראשוני. בתחילה, על מנת לשפר את ההשפעה של תפוקת צינור המיתוג שלו, מושעה ההפרדה של הארקה של 24V והארקה של 15V, מה שהופך את עמוד ה-G של השער של ה-MOSFET לשווה לחלק האחורי של עמוד ה-S, וכתוצאה מכך הפעלה כוזבת. הטיפול הוא לחבר את הארקה של 24V ו-15V יחדיו, ושוב כדי לעצור את הניסוי, המעגל פועל כרגיל. חיבור המעגל תקין, אך כאשר משתתף באות הכונן, חום MOSFET, בתוספת אות כונן לפרק זמן מסוים, הפתיל נשבר, ולאחר מכן הוסיפו את אות הכונן, הפתיל נשבר ישירות. בדוק את המעגל שנמצא שמחזור העבודה ברמה גבוהה של אות הכונן גדול מדי, וכתוצאה מכך זמן ההפעלה של MOSFET ארוך מדי. התכנון של מעגל זה גורם כאשר ה-MOSFET נפתח, 24V מתווסף ישירות לקצוות ה-MOSFET, ולא הוסיף נגד מגביל זרם, אם זמן ההפעלה ארוך מדי כדי שהזרם יהיה גדול מדי, MOSFET נזק, הצורך לווסת את מחזור העבודה של האות לא יכול להיות גדול מדי, בדרך כלל ב-10% עד 20% בערך.

2.3 אימות מעגל ההנעה

על מנת לאמת את היתכנות מעגל ההנעה, אנו משתמשים בו כדי להניע את מעגל התיריסטור המחובר בטור זה עם זה, התיריסטור בסדרה אחד עם השני ולאחר מכן אנטי מקביל, גישה למעגל עם תגובת אינדוקטיבית, אספקת החשמל הוא מקור מתח AC 380V.

MOSFET במעגל זה, אות ההדק של התיריסטור Q2, Q8 דרך הגישה ל-G11 ו-G12, ואילו אות ההפעלה של Q5, Q11 דרך הגישה ל-G21, G22. לפני קבלת אות ההנעה לרמת שער התיריסטור, על מנת לשפר את יכולת האנטי-הפרעות של התיריסטור, השער של התיריסטור מחובר לנגד וקבל. מעגל זה מחובר למשרן ואז מוכנס למעגל הראשי. לאחר שליטה על זווית ההולכה של התיריסטור כדי לשלוט על המשרן הגדול לזמן המעגל הראשי, המעגלים העליונים והתחתונים של זווית הפאזה של הפרש אות ההדק של חצי מחזור, ה-G11 וה-G12 העליונים הם אות טריגר לכל אורך הדרך. דרך מעגל ההנעה של השלב הקדמי של שנאי הבידוד מבודד אחד מהשני, התחתונים G21 ו-G22 מבודדים גם מאותו אופן האות. שני אותות הטריגר מפעילים מעגל תיריסטור אנטי מקביל מוליכות חיובית ושללית, מעל ערוץ 1 מחובר למתח מעגל התיריסטור כולו, בהולכה תיריסטור הוא הופך ל-0, ו-2, 3 ערוצים מחובר למעגל התיריסטור למעלה ולמטה את אותות ההדק של הכביש, ערוץ 4 נמדד על ידי זרימת זרם התיריסטור כולו.

2 ערוצים מדדו אות טריגר חיובי, מופעל מעל הולכת תיריסטור, הזרם חיובי; 3 ערוצים מדדו אות טריגר הפוך, מפעיל את המעגל התחתון של הולכת התיריסטור, הזרם שלילי.

3. מעגל כונן IGBT של הסמינר מעגל כונן IGBT יש הרבה בקשות מיוחדות, בסיכום:

(1) הניע את קצב העלייה והירידה של דופק המתח צריך להיות גדול מספיק. igbt turn on, הקצה המוביל של מתח השער התלול מתווסף לשער G והפולט E בין השער, כך שהוא מופעל במהירות כדי להגיע לזמן ההדלקה הקצר ביותר כדי להפחית את הפסדי ההדלקה. בכיבוי IGBT, מעגל הנעת השער צריך לספק לקצה הנחיתה של IGBT מתח כיבוי תלול מאוד, ולשער IGBT G והפולט E בין מתח ההטיה ההפוכה המתאים, כך שהכיבוי המהיר של IGBT, יקצר את זמן הכיבוי, יקצר את זמן הכיבוי. אובדן הכיבוי.

(2) לאחר הולכה IGBT, מתח ההנעה והזרם המסופקים על ידי מעגל כונן השער צריכים להיות משרעת מספקת עבור המתח והזרם של הכונן IGBT, כך שתפוקת הכוח של ה-IGBT תהיה תמיד במצב רווי. עומס יתר חולף, כוח ההנעה המסופק על ידי מעגל כונן השער צריך להיות מספיק כדי להבטיח שה-IGBT לא ייצא מאזור הרוויה וייגרם נזק.

(3) מעגל כונן שער IGBT צריך לספק מתח הנעה חיובי של IGBT כדי לקבל את הערך המתאים, במיוחד בתהליך הפעלת הקצר של הציוד המשמש ב-IGBT, יש לבחור את מתח ההנעה החיובי לערך המינימלי הנדרש. יישום מיתוג של מתח השער של ה-IGBT צריך להיות 10V ~ 15V לטובה.

(4) תהליך כיבוי IGBT, מתח ההטיה השלילי המופעל בין השער - פולט תורם לכיבוי המהיר של ה-IGBT, אך אין לקחת אותו גדול מדי, לקחת רגיל -2V עד -10V.

(5) במקרה של עומסים אינדוקטיביים גדולים, מיתוג מהיר מדי מזיק, עומסים אינדוקטיביים גדולים בהפעלה וכיבוי מהירים של IGBT, יפיקו תדר גבוה ואמפליטודה גבוהה ורוחב צר של מתח הספייק Ldi/dt , הספייק לא קל לספוג, קל ליצור נזק למכשיר.

(6) מכיוון שה-IGBT משמש במקומות מתח גבוה, כך שמעגל ההנעה צריך להיות עם כל מעגל הבקרה בפוטנציאל של בידוד חמור, השימוש הרגיל של בידוד צימוד אופטי במהירות גבוהה או בידוד צימוד שנאי.

מצב מעגל הכונן

עם התפתחות הטכנולוגיה המשולבת, מעגל ההנעה הנוכחי של שער IGBT נשלט בעיקר על ידי שבבים משולבים. מצב הבקרה הוא עדיין בעיקר שלושה סוגים:

(1) סוג הפעלה ישירה ללא בידוד חשמלי בין אותות הקלט והמוצא.

(2) כונן בידוד שנאי בין אותות הקלט והמוצא באמצעות בידוד שנאי דופק, רמת מתח בידוד עד 4000V.

ישנן 3 גישות כדלקמן

גישה פסיבית: הפלט של השנאי המשני משמש להנעה ישירה של ה-IGBT, בשל המגבלות של השוויון וולט-שנייה, הוא ישים רק במקומות שבהם מחזור העבודה אינו משתנה הרבה.

שיטה פעילה: השנאי מספק רק אותות מבודדים, במעגל המגבר הפלסטי המשני להנעת IGBT, צורת גל הכונן טובה יותר, אך הצורך לספק כוח עזר נפרד.

שיטת אספקה ​​עצמית: שנאי דופק משמש להעברת אנרגיית הנעה וטכנולוגיית אפנון ודמודולציה בתדר גבוה לשידור של אותות לוגיים, מחולק לגישת אספקה ​​עצמית מסוג אפנון ואספקה ​​עצמית של טכנולוגיית שיתוף זמן, שבה האפנון סוג אספקת חשמל לגשר המיישר ליצירת אספקת הכוח הנדרשת, אפנון בתדר גבוה וטכנולוגיית דמודולציה להעברת אותות לוגיים.

3. מגע והבדל בין תיריסטור לכונן IGBT

למעגל כונן תיריסטור ו-IGBT יש הבדל בין המרכז הדומה. ראשית, שני מעגלי ההנעה נדרשים לבודד את התקן המיתוג ומעגל הבקרה זה מזה, כדי למנוע ממעגלי מתח גבוה השפעה על מעגל הבקרה. לאחר מכן, שניהם מופעלים על אות כונן השער כדי להפעיל את התקן המיתוג. ההבדל הוא שכונן התיריסטור דורש אות זרם, בעוד שה-IGBT דורש אות מתח. לאחר הולכת התקן המיתוג, השער של התיריסטור איבד שליטה על השימוש בתיריסטור, אם אתה רוצה לכבות את התיריסטור, יש להוסיף את מסופי התיריסטור למתח ההפוך; וכיבוי IGBT רק צריך להוסיף לשער של מתח ההנעה השלילי, כדי לכבות את ה-IGBT.

4. מסקנה

מאמר זה מחולק בעיקר לשני חלקים של הנרטיב, החלק הראשון של בקשת מעגל ההנעה של התיריסטור לעצור את הנרטיב, העיצוב של מעגל ההנעה המתאים, ועיצוב המעגל מיושם במעגל התיריסטור המעשי, באמצעות סימולציה וניסויים להוכחת ההיתכנות של מעגל ההנעה, התהליך הניסוי שנתקל בניתוח הבעיות נעצר וטופלו. החלק השני של הדיון העיקרי על ה-IGBT על בקשת מעגל ההנעה, ועל בסיס זה להציג עוד יותר את מעגל ההנעה הנפוץ של IGBT, ואת מעגל ההנעה הראשי של בידוד מצמד אופטו כדי לעצור את הסימולציה והניסוי, כדי להוכיח את היתכנות של מעגל הכונן.